固一气法渗硼及硼化层生长动力学分析

本文研究了一种新的渗硼方法——固一气渗硼法。在固体渗硼的基础上,通过活化剂的泛选和正交试验,研制出了适用于此渗硼法的颗粒渗硼剂。用此渗剂对45钢进行900℃、4小时固一气渗硼处理后,可在其表面形成96μm左右的硼化层(单相Fe_2B)。本文还对固一气渗硼过程的有关化学反应进行了热力学分析。根据硼化层厚度的“等效面积”的模型,分析了硼化层生长的动力学问题,导出了单相硼化层形成时Fick第二定律的分析解及硼化层生长的动力学因子所满足的方程。     

中性盐浴渗硼剂的研制

试验研制出一种以中性盐为主的盐浴渗硼剂,并对盐浴渗硼进行了化学热力学分析。试验结果表明,新研制的渗硼盐浴具有流动性好,易清洗,比重偏析小,渗速快,均匀稳定等特点。可得到单相硼化层。45钢900℃渗硼3h,硼化层厚达96μm。     

渗硼共晶化的研究

本文根据光学金相、扫描电镜、x—射线衍射、电子探针等分析发现,渗硼共晶化组织有两类共晶:(r Fe_2B)及[r Fe_3(C、B)]。渗硼共晶化处理后,工业纯铁及低碳铜生成r Fe_2B共晶,组织呈骨骼状;高碳铜生成[r Fe_3(C、B)]共晶,其中包有少量Fe_2B,组织呈菊花状;中碳铜是骨骼状与菊花状两种共晶的混合。耐磨性试验后证明:含Fe_2B共晶层的耐磨性侊于含Fe_3(C、B)共晶层;A_3钢的渗硼共晶层淬火后,在0.52m/s～1.843m/s摩擦速度范围内,其耐磨性优于硼化层Fe_2B。本文分别探讨了渗硼共晶层形成及磨损机理。     

低温固体渗硼的渗层形貌与组织特征

利用x射线衍射仪、电子探针研究了低温固体渗硼的渗层形貌、相组成和元素再分布特征。结果表明,低温固体渗硼的硼化层是由FeB,Fe_2B,Fe_3(C,B),Fe_3(Si,B)等相组成;硼化层的前沿无过渡区,FeB和Fe_2B生长过程中排挤出来的碳和硅没有发生远程扩散,而是就近形成Fe_3(C,B)和Fe_3(Si,B)等形式的含碳和硅的硼化物。     

表面渗硼处理对提高轧辊耐磨性能的影响

轧辊表面渗硼处理可以改善其耐磨性.渗硼是一种简单、有效的表面强化方法,但是单一的渗硼处理所获得的渗层脆性大,渗硼速度慢.在渗硼过程中加入一定量的稀土元素,不仅可以提高渗速,还可以降低渗层脆性.虽然稀土渗硼与单一渗硼层均为Fe2B和FeB两相组成的“网状”组织,但稀土渗硼层中最表面层有少量的含稀土相,可降低渗层表面的脆性,防止开裂和剥落.     

改善渗硼层性能的研究

通过对单一渗硼、硼－氮共渗、硼－氮复合渗、硼－锆共渗和硼－土共渗等方法所得到的铁－硼金属间化合物分别进行了硬度梯度，脆性和耐磨性试验。试验证明，无论是复合渗还是共渗，其渗层性能都优于单－渗硼层，其中以硼－稀土共渗渗层的性能最佳，在本文试验下条件下，与单一渗硼层相比，共渗和复合渗渗层的脆断强度提高３０％－５４％，相对脆性降低４７％－１１６％，相对耐磨性提高３２％－１０９％。     

微波渗硼机理研究

利用渗硼介质吸收微波的特性成功地实现了钢铁表面渗硼层的制备，并与常规渗硼进行了比较，结果表明：微波场下渗层生长的硼原子来源于介质分解的硼原子及气态硼化物。渗层生长与常规渗层生长一样表现〈002〉晶向取向生长特征，微波渗硼的渗层生长速率比常规快，除温度效应外，还与微波提高硼原子活性加速硼原子在渗层的扩散有关。     

改善渗硼层性能的研究

通过对单－渗硼、硼－氮共渗．硼－氮复合渗、硼－锆共渗和硼－土共渗等方法所得到的铁－硼金属间化合物分别进行了硬度梯度，脆性和耐磨性试验。试验证明，无论是复合渗还是共渗，其渗层性能都优于单－渗硼层，其中以硼－稀土共渗渗层的性能最佳．在本文试验条件下，与单一渗硼层相比，共渗和复合渗渗层的脆断强度提高３０％～５４％，相对脆性降低４７％～１１６％，相对耐磨性提高３２％～１０９％．     

交流电场作用下的中低碳钢低温粉末法渗硼

以低碳20钢、中碳45钢为渗扩对象进行交流电场作用下的低温粉末法渗硼,对渗硼层厚度、显徽组织、相结构及硬度进行观测分析.试验结果表明:在600℃、4h保温条件下,20钢、45钢经交流电场增强渗硼获得的渗硼层厚度远远大于常规渗硼得到的渗层厚度;在交流电场作用下,渗层厚度随渗剂中硼铁含量的增加而快速增加;硼铁含量小于等于10％时,渗硼层基本由Fe2B单相构成;而硼铁含量大于等于15％时,渗硼层则由FeB+ Fe2B两相构成.对交流电场在渗硼中的作用机制进行了初步分析.     

渗硼层形成机理的探讨

渗硼层的形成机理,一直是渗硼研究的重要课题。本文主要采用X射线法对用气体法在工业纯铁上形成渗硼层的过程进行了研究。结果表明,在渗硼时,依次形成硼的固溶体。Fe_2B、FeB。即渗硼层形成过程完全符合相图和相律。     

固体硼氮共渗的研究及其在模具中的应用

研究了固体硼氮共渗技术的渗剂、工艺参数、共渗后的组织与性能及其在模具上的应用.固体硼氮共渗剂由供硼剂、供氮剂、活化剂、填充剂组成,工艺简单,便于实施,是一种可获得渗层性能好的化学热处理方法.通过固体硼氮共渗使模具表面获得了可靠稳定的硼氮共渗层,渗层由硼化物层(Fe2B、FeB)和过渡层组成,渗后可获得高硬度的硼化物层,渗层具有高的耐磨性、良好的耐热、耐蚀性.硼氮共渗技术应用在模具的制造上可使模具的使用寿命大幅度提高.     

钒硼共渗层组织结构的研究

本文研究了钢T12,45在硼砂熔浴中经硼钒,硼铬共渗处理后共渗层的组织和形态。结果表明:T12钢在950℃以上硼钒共渗层主要由V_3B_2和Vc组成,处理温度低于950℃共渗层是由(Fev),B组成。随着溶剂中钒含量的增加共渗层减薄,共渗层从梳齿状变为平坦光滑连续的渗层。共渗层的硬度为Hv_(100)1650-2250,渗层具有比渗硼层高的抗蚀性、热硬性和良好的韧性。因此,硼钒、硼铬共渗将是值得研究的有前途的钢表面强化新方法。     

钛及钛合金渗硼的研究现状与反应机理

钛合金表面渗硼可极大地提高钛合金的耐磨性能.本文综合阐述了国内外钛及其合金表面渗硼的研究现状,探讨了固体渗硼法中表面渗层形成机理与硼钛化合物的生长动力学.基体组织、渗剂组成、渗硼温度、氧分压等因素会影响渗硼层结构.在接近β转变点的温度条件下,可能获得较厚的渗硼层.双相结构中的TiB与TiB2层的厚度d与时间t的关系分别满足Fick扩散第二定律d2=K·t.     

碳钢膏剂渗硼后的热处理工艺及性能研究

利用正交试验法,获得了较佳的碳钢膏剂渗硼工艺及渗剂配方,分别研究了45钢及T10钢膏剂渗硼后不同的热处理工艺对渗硼层及基体组织和性能的影响。实验结果表明:45钢在渗硼后渗层显微硬度均在1 130 HV以上,厚度皆在110μm以上;T10钢渗硼后的渗层厚度均在60μm以上,渗层的显微硬度均在1 360 HV以上;热处理对渗硼层的硬度及厚度没有影响,但对基体组织及性能有明显影响;渗硼后采用淬火及低温回火工艺,可使基体获得回火马氏体组织,从而提高了基体的硬度,减小了基体与渗硼层的硬度差,也提高了基体对渗硼层的支撑作用。     

碳钢膏剂渗硼后的热处理工艺及性能研究

利用正交试验法,获得了较佳的碳钢膏剂渗硼工艺及渗剂配方,分别研究了45钢及TIO钢膏剂渗硼后不同的热处理工艺对渗硼层及基体组织和性能的影响。实验结果表明：45钢在渗硼后渗层显微硬度均在1130HV以上,厚度皆在110μm以上;T10钢渗硼后的渗层厚度均在60μm以上,渗层的显微硬度均在1360HV以上;热处理对渗硼层的硬度及厚度没有影响,但对基体组织及性能有明显影响;渗硼后采用淬火及低温回火工艺,可使基体获得回火马氏体组织,从而提高了基体的硬度,减小了基体与渗硼层的硬度差,也提高了基体对渗硼层的支撑作用。     

多元渗硼层形态质量和抗蚀性的研究

通过对多元渗硼层形态、质量和抗蚀性的研究，从理论上和工艺上探索了单元渗硼易剥落的原因。经多次试验，证明多元渗硼层形态质量及抗蚀性都优于单元渗硼层。     

自保护涂渗法多元共渗

本文采用涂渗法对４５钢进行以渗硼为主的硼碳氮多元共渗，并对渗层的组织结构和性能进行了探讨，试验结果表明，用涂渗法进行的硼多元共渗可使钢获得硬度高、耐磨性好的渗层，与一般的盐浴渗硼相比，该方法得到的渗层厚度大，脆性小。     

钢的低温渗硼剂的研制

在经过初步选择渗剂的基础上,采用正交试验优化选择研制了低温渗硼剂的最佳配方,通过金相分析、显微硬度测定等实验,分析了低温渗硼层的显微组织、硬度分布。结果表明,正交试验能有效减少试验次数,获得最佳渗剂配方;该低温渗硼剂能较好地实现低温渗硼,渗硼层呈梳齿状,致密、疏松孔洞少,硼化物前沿没有明显的过渡区,也无明显的富碳区;渗硼层显微硬度梯度比较平缓,渗层与基体结合较好。     

钢的低温渗硼剂的研制

在经过初步选择渗剂的基础上,采用正交试验优化选择研制了低温渗硼剂的最佳配方.通过金相分析、显微硬度测定等实验,分析了低温渗硼层的显微组织、硬度分布.结果表明,正交试验能有效减少试验次数,获得最佳渗剂配方;该低温渗硼剂能较好地实现低温渗硼,渗硼层呈梳齿状,致密、疏松孔洞少,硼化物前沿没有明显的过渡区,也无明显的富碳区;渗硼层显微硬度梯度比较平缓,渗层与基体结合较好.     

渗硼工艺在模具生产中的应用

围绕渗硼工艺在模具零件生产中的应用,对渗硼生产过程中渗硼零件的适用范围、材料的选择、渗硼工艺、渗硼后零件的热处理、零件的刃口结构等方面进行了阐述,提出了改善零件渗硼质量,降低渗层脆性,提高渗硼零件使用寿命的方法。